平面四杆机构的基本类型及其演化.ppt
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《平面四杆机构》PPT课件
精选ppt
5
(二). 平面连杆机构的特点
1）低副连接，接触表面为平面或圆柱面，压强小，便于润滑， 磨损较小，寿命较长，适合传递较大动力；
2）结构简单，加工方便，易于制造，易于获得较高的运动精 度；
3）连杆易于做成较长的构件，可实现较远距离的操控； 4）能够实现的运动规律和运动轨迹多样；
5）传动 链长， 累计误 差大， 难于实 现精确 运动。
双摇杆机构
精选ppt
17
应用案例：港口鹤式起重机 、汽车转向机构、电风 扇摇头机构、飞机起落架等机构。
电风扇摇头机构
功能：将一种摆动转换为另一种摆
动。
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汽车前轮转向机构 18
任务二 铰链四杆机构类型的判定
曲柄存在条件
1、铰链四杆机构存在曲柄的条件
机构中是否存在曲柄（相邻构件能否相对 转整周），由各构件长度间的关系决定。
第六章 常用机构
第二节：平面四杆机构
学习目标：
1.掌握铰链四杆机构的形式 2.掌握铰链四杆机构类型的判定 3.了解铰链四杆机构的演化 4.平面四杆机构的基本 铰链四杆机构的形式
任务导入
精选ppt
2
连杆机构应用举例
案例导入
案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机 构运动简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者 踩踏踏板使摇杆（主动件）往复摆动→连杆→曲柄（ 从动件）→带动带轮使机头主轴连续转动。
惯性筛机构
功能：将等速转动转换为不精选等pp速t 同向转动。
13
双曲柄机构的其他类型 （1）平行四边形机构：两相对构件互相平行，呈 平行四边形的双曲柄机构。 应用案例1：单盘秤机构等
功能：将等速转动转换为等精速选p同pt 向转动。 单盘秤机构
四杆机构的基本型式及其演化w (1)
能整圈回转——曲柄 连架杆
往复摆动 —— 摇杆
1、铰链四杆机构的基本型式
⑴.曲柄摇杆机构（以最短杆的邻边为机架）
①.特点：
☆ 两连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆。
曲柄为主动件时， 曲柄的匀速转动
摇杆为主动件时， 摇杆变速往复摆动
摇杆变速往复摆动 曲柄的匀速转动
②.曲柄摇杆机构应用一——雷达天线俯仰机构 关键：以最短杆的邻边为机架
A
100
C
C 50 B
70 70
100
120
D A 60 D
50 C B
90
100
A
70
D
a）
b）
c）
d）
a) 40+110<70+90，又以最短杆为机架，则为双曲柄机构 b) 120+45<100+70,以最短杆邻边为机架，为曲柄摇杆机构 c)50+100>60+70，无论如何都是双摇杆机构 d)50+100<90+70,但以最短杆BC对边为机架，则为双摇杆机构
1.铰链四杆机构的优缺点
⑴优点： 磨损小，寿命长，传递动力大，制造简单， 制造精度较高。
原因：低副连接，面接触，压强小，便于润滑，磨损小，接触 面是圆柱面或平面，易制造，制造精度高
⑵缺点：运动累计误差大。
关键：低副连接(面接触)
第一节 平面机构的类型及其应用
一.铰链四杆机构
定义: 全由转动副构成的平面四杆机构 称为平面铰链四杆机构
关键：⑴ 对心曲柄滑块机构： ⑵ 偏置曲柄滑块机构：
e——偏距
2、导杆机构：
① L1＜ L2:机架短 曲柄转动导杆机构
② L1＞L2:机架短 曲柄摆动导杆机构
往复摆动 —— 摇杆
1、铰链四杆机构的基本型式
⑴.曲柄摇杆机构（以最短杆的邻边为机架）
①.特点：
☆ 两连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆。
曲柄为主动件时， 曲柄的匀速转动
摇杆为主动件时， 摇杆变速往复摆动
摇杆变速往复摆动 曲柄的匀速转动
②.曲柄摇杆机构应用一——雷达天线俯仰机构 关键：以最短杆的邻边为机架
A
100
C
C 50 B
70 70
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D A 60 D
50 C B
90
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A
70
D
a）
b）
c）
d）
a) 40+110<70+90，又以最短杆为机架，则为双曲柄机构 b) 120+45<100+70,以最短杆邻边为机架，为曲柄摇杆机构 c)50+100>60+70，无论如何都是双摇杆机构 d)50+100<90+70,但以最短杆BC对边为机架，则为双摇杆机构
1.铰链四杆机构的优缺点
⑴优点： 磨损小，寿命长，传递动力大，制造简单， 制造精度较高。
原因：低副连接，面接触，压强小，便于润滑，磨损小，接触 面是圆柱面或平面，易制造，制造精度高
⑵缺点：运动累计误差大。
关键：低副连接(面接触)
第一节 平面机构的类型及其应用
一.铰链四杆机构
定义: 全由转动副构成的平面四杆机构 称为平面铰链四杆机构
关键：⑴ 对心曲柄滑块机构： ⑵ 偏置曲柄滑块机构：
e——偏距
2、导杆机构：
① L1＜ L2:机架短 曲柄转动导杆机构
② L1＞L2:机架短 曲柄摆动导杆机构
平面四杆机构的基本类型及应用-精品文档
图3－16b
图3－19
图3－20
• 若选用曲柄滑块机构中滑块3作机架（图316c），即演化成移动导杆机构（或称定块 机构）。 • 它应用于手摇卿筒（图3—21）和双作用式 水泵等机械中。
图3—21
图3-16c
（3）变化双移动副机构的机架
• 在图3-15和图3-22a所示的具有两个移动副的四杆机 构中，是选择滑块4作为机架的，称之为正弦机构， 这种机构在印刷机械、纺织机械、机床中均得到广 泛地应用，例如机床变速箱操纵机构、缝纫机中针 杆机构（图3—22d）；
铰链四杆机构可分为以下三种类型
1、曲柄摇杆机构
• 铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整 周转动，另一个只能作往复摆动的机构。
2、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转 动的机构。
• 在双曲柄机构中，若相对两杆平行相 等，称为平行双曲柄机构（图3－9）。 这种机构的特点是其两曲柄能以相同 的角速度同时转动，而连杆作平行移 动。图3－10a所示机车车轮联动机构 和图3－10b所示的摄影平台升降机构 均为其应用实例。
图3-15
图3—22
• 若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
• 当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
图3－22
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。
如 图 3 － 12 所 示 鹤 式 起 重 机 的 双 摇 杆 机 构 ABCD，它可使悬挂重物作近似水平直线移动， 避免不必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构 中，若两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如 图3—13中的汽车前轮转向机构。
机械原理四连杆机构PPT教案精选全文完整版
第2页/共87页
机架
连杆
图4-1 铰链四杆机构
第3页/共87页
连架 杆
图中，机构的固定件4称为机架；与机架用回转副相联接的杆1和杆3称 为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。另外，能做整周转动的连架杆， 称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。
第4页/共87页
对于铰链四杆机构来说，机架和连杆 总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还 是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型 式：
当BCD为锐角时，传动角=BCD，是传动角的最小值，也即 BCD(min) ；
当BCD为钝角时，传动角=180-BCD ，BCD(max)对应传动角的 另一极小值。
第22页/共87页
若BCD由锐角变钝角，机构运动将在BCD(min)和BCD(max)位置 两次出现传动角的极小值。两者中较小的一个即为该机构的最小传动角min。
第18页/共87页
它可使从动件产生有效的回转力矩 ，显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向
的分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅
无助于从动件的转动，反而增加了从动 件转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn
越小越好。由此可知，压力角越小， 机构的传力性能越好，理想情况是=0
，所以压力角是反映机构传力效果好坏 的一个重要参数。一般设计机构时都必 须注意控制最大压力角不超过许用值。
第42页/共87页
如何得到不同类型的铰链四杆机构？
根据以上分析可知：
当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链 四杆机构。
第43页/共87页
（1）取最短杆相邻的构件（杆2或杆4）为机架时：
最短杆1为曲柄，而另一连架杆3为摇杆 故图4-14a）所示的两个机构均为曲柄摇杆机构。
机架
连杆
图4-1 铰链四杆机构
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连架 杆
图中，机构的固定件4称为机架；与机架用回转副相联接的杆1和杆3称 为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。另外，能做整周转动的连架杆， 称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。
第4页/共87页
对于铰链四杆机构来说，机架和连杆 总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还 是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型 式：
当BCD为锐角时，传动角=BCD，是传动角的最小值，也即 BCD(min) ；
当BCD为钝角时，传动角=180-BCD ，BCD(max)对应传动角的 另一极小值。
第22页/共87页
若BCD由锐角变钝角，机构运动将在BCD(min)和BCD(max)位置 两次出现传动角的极小值。两者中较小的一个即为该机构的最小传动角min。
第18页/共87页
它可使从动件产生有效的回转力矩 ，显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向
的分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅
无助于从动件的转动，反而增加了从动 件转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn
越小越好。由此可知，压力角越小， 机构的传力性能越好，理想情况是=0
，所以压力角是反映机构传力效果好坏 的一个重要参数。一般设计机构时都必 须注意控制最大压力角不超过许用值。
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如何得到不同类型的铰链四杆机构？
根据以上分析可知：
当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链 四杆机构。
第43页/共87页
（1）取最短杆相邻的构件（杆2或杆4）为机架时：
最短杆1为曲柄，而另一连架杆3为摇杆 故图4-14a）所示的两个机构均为曲柄摇杆机构。
(完整版)平面四杆机构的基本类型及其演化
第三讲课题：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化教学目的：理解平面四杆机构的各种类型及其应用。
教学重点: 铰链四杆机构类型及其演化，理解曲柄存在条件。
教学难点：导杆机构教学方法：课堂演示、多媒体教学互动：每个知识点后提问或讨论。
教学安排：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化复习旧课：机构组成，运动副，运动简图等。
平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。
因此本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
一、四杆机构的类型1．曲柄摇杆机构两连架杆一为曲柄，一为摇杆。
功能：将等速转动转换为变速摆动或将摆动转换为连续转动。
应用：雷达天线机构、缝纫机踏板机构。
2．双曲柄机构两连架杆都为曲柄功能：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向转动。
应用：惯性筛机构若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。
如铲斗机构还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构3．双摇杆机构两连架杆都为摇杆功能：一种摆动转换为另一种摆动。
应用：鹤式起重机、飞机起落架二、铰链四杆机构的曲柄存在条件证明：结论：铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和2．曲柄为最短杆。
铰链四杆机构存在曲柄的条件是：1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和2．机架或连架杆为最短杆。
三、四杆机构类型判别否Lmax+Lmin< L' +L"是不可能有曲柄可能有曲柄最短杆对边最短杆最短杆邻边双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构四、铰链四杆机构的演化1．曲柄滑块机构2．偏心轮机构3．导杆机构①摆动导杆机构（牛头刨床）②转动导杆机构③移动导杆机构4．摇块机构小结：本次课主要熟悉四杆机构的各种类型，了解它们的应用作业：预习下次课内容。
平面四杆机构的类型及应用
连杆机构的特点：优点：运动副单位面积所受的压力小且面接触受力小，便于润滑，磨损小；制造方便。
缺点：设计复杂误差大。
工作效率低。
平面四杆机构的基本类型——铰链四杆机构1、曲柄摇杆机构（1）曲柄：1作360°周转运动，（2）摇杆：3作往复摆动，主动件可以为曲柄，也可以为摇杆。
右面机构中摇杆的摆角为60°，作小于360的运动（3）连杆：连接曲柄与摇杆的杆件(4)连架杆：连接机架与连杆的杆件。
曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构双摇杆机构：两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构平行四边形机构平行四边形机构是双曲柄机构的一个特例。
组成四边形对边的构件长度分别相等。
从动曲柄3和主动曲柄1的回转方向相同，角速度时时相等双摇杆机构：构件1和3都作往复摆动，一般主动摇杆作等速摆动，从动摇杆作变速摆动。
平面四杆机构的演化形式(Ⅰ)——含一个移动副的四杆机构曲柄滑块机构正置曲柄滑块机构滑块(slider)铰链点的运动方位线通过曲柄转动中心，滑块动程(pitch)等于两倍曲柄1的长度，无急回运动特性。
主动件可以为曲柄，也可以为滑块。
偏置曲柄滑块机构滑块铰链点的运动方位线不通过曲柄转动中心，偏距(offset)为e,滑块动程大于两倍曲柄长度，有急回运动特性导杆机构转动导杆机构曲柄1和导杆3都能作360°周转运动，主动曲柄作等速转动，从动导杆作变速转动，摆动导杆机构曲柄1作360°周转运动，摆动导杆3作往复摆动，且有较大的急回运动特性曲柄摇块机构移动导杆机构构件2作往复摆动，构件4在滑块中作往复移动。
2 平面连杆机构的工作特性1、转动副为整转副的充分必要条件急回运动和行程速比系数原动曲柄转动一周过程中，有两次与连杆共线，即重叠共线和拉直共线，摇杆两个极限位置分别为C1D和C2D。
曲柄AB以等角速度ω顺时针转过α1角由位置AB1转到位置AB2，摇杆从C1D摆到C2D,摆角为φ，所需时间为t1，C点平均速度为V1。
平面四杆机构的基本形式及其演化PPT(最新)
BB
C
B
C
B
设计：潘存云
A
D
设计：潘存云
D C
耕地
设计：潘存云
料斗
平行四边形机构在共线位置出现运动
不确定。 采用两组机构错开排列。
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
设计：潘存云
A
E D 设计：潘存云
G
B
F
C
反平行四边形机构 ——车门开闭机构
设计：潘存云
设计：潘存云
反向
（3）双摇杆机构 特征：两个摇杆 应用举例：铸造翻箱机构、 风扇摇头机构、
应用实例：如叶片泵、惯性筛等。
1
A D C 设计：潘存云
B 2
3
旋转式叶片泵
A 1B
4 D
2
C3
C 2 3 设计：潘存云
B 1
4D A
6E
惯性筛机构
特例：平行四边形机构
特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动
实例：火车轮 摄影平台
播种机料斗机构
天平
A
B B’
C C’
A
D 设计：潘存云
AB = CD BC =AD
C2
4 C1
1
A
牛头刨床
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
导杆机构
B
1
2 3
A
4C
摇块机构
C3
4
2
B
A 1
应用实例 应用实例
44
A
4AAAAφ
111 11
C
B
C
B
设计：潘存云
A
D
设计：潘存云
D C
耕地
设计：潘存云
料斗
平行四边形机构在共线位置出现运动
不确定。 采用两组机构错开排列。
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
设计：潘存云
A
E D 设计：潘存云
G
B
F
C
反平行四边形机构 ——车门开闭机构
设计：潘存云
设计：潘存云
反向
（3）双摇杆机构 特征：两个摇杆 应用举例：铸造翻箱机构、 风扇摇头机构、
应用实例：如叶片泵、惯性筛等。
1
A D C 设计：潘存云
B 2
3
旋转式叶片泵
A 1B
4 D
2
C3
C 2 3 设计：潘存云
B 1
4D A
6E
惯性筛机构
特例：平行四边形机构
特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动
实例：火车轮 摄影平台
播种机料斗机构
天平
A
B B’
C C’
A
D 设计：潘存云
AB = CD BC =AD
C2
4 C1
1
A
牛头刨床
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
导杆机构
B
1
2 3
A
4C
摇块机构
C3
4
2
B
A 1
应用实例 应用实例
44
A
4AAAAφ
111 11
机械设计基础--四杆机构资料
机械设计基础
5.偏心轮机构
机械设计基础
偏心轮机构
第二节 平面四杆机构的基本特性
一、 铰链四杆机构存在曲柄的条件
1. 整转副的存在条件
在 AC' D 中 l4 (l2 l1) l3 l3 (l2 l1) l4
在 AC'' D 中
l1 l2 l3 l4
即 l1 l2 l1 l3 l1 l4
不同的轨迹要求。 • （5）能方便地实现转动、摆动和移动等基本运动形式及
相互转换
机械设计基础
• 平面连杆机构的缺点： ➢ 低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动 当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。 ➢不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。
机械设计基础
2.2 铰链四杆机构
机械设计基础
•
若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆
长度之和时，可得到以下三种结构；
• （1）连架杆是最短杆 为曲柄摇杆机构；
• （2）机架是最短杆 为双曲柄机构；
• （3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。
•
若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之
和时,为双摇杆机构。
机械设计基础
二、学习指导
是
否
lmax+lmin ≤ l余1+l余2
不存在曲柄
双摇杆机构
可能有曲柄 固定件
机械设计基础
最短构件 最短构件的邻边 最短构件的对边
图3-9
双曲柄机构 曲柄摇杆机构
双摇杆机构
二、 急回特性与行程速比系数 1. 摇杆摆角 摇杆在两极限位置的夹角
2. 极位夹角 对应摇杆两极限位置，曲柄两位置所夹的锐角。
5.偏心轮机构
机械设计基础
偏心轮机构
第二节 平面四杆机构的基本特性
一、 铰链四杆机构存在曲柄的条件
1. 整转副的存在条件
在 AC' D 中 l4 (l2 l1) l3 l3 (l2 l1) l4
在 AC'' D 中
l1 l2 l3 l4
即 l1 l2 l1 l3 l1 l4
不同的轨迹要求。 • （5）能方便地实现转动、摆动和移动等基本运动形式及
相互转换
机械设计基础
• 平面连杆机构的缺点： ➢ 低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动 当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。 ➢不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。
机械设计基础
2.2 铰链四杆机构
机械设计基础
•
若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆
长度之和时，可得到以下三种结构；
• （1）连架杆是最短杆 为曲柄摇杆机构；
• （2）机架是最短杆 为双曲柄机构；
• （3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。
•
若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之
和时,为双摇杆机构。
机械设计基础
二、学习指导
是
否
lmax+lmin ≤ l余1+l余2
不存在曲柄
双摇杆机构
可能有曲柄 固定件
机械设计基础
最短构件 最短构件的邻边 最短构件的对边
图3-9
双曲柄机构 曲柄摇杆机构
双摇杆机构
二、 急回特性与行程速比系数 1. 摇杆摆角 摇杆在两极限位置的夹角
2. 极位夹角 对应摇杆两极限位置，曲柄两位置所夹的锐角。
平面四杆机构的基本类型及应用
总结：平面连杆机构的演化
感谢下 载
可编辑
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。
如图3－12所示鹤式起重机的双摇杆机构ABCD， 它可使悬挂重物作近似水平直线移动，避免不 必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构中，若 两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如图3— 13中的汽车前轮转向机构。
二、平面连杆机构的演化
铰链四杆机构可分为以下三种类型
1、曲柄摇杆机构
铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整 周转动，另一个只能作往复摆动的机构。
2、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转 动的机构。
在双曲柄机构中，若相对两杆平行相 等，称为平行双曲柄机构（图3－9）。 这种机构的特点是其两曲柄能以相同 的角速度同时转动，而连杆作平行移 动。图3－10a所示机车车轮联动机构 和图3－10b所示的摄影平台升降机构 均为其应用实例。
前面介绍的三种铰链四杆机构， 还远远满足不了实际工作机械的 需要，在实际应用中，常常采用 多种不同外形、构造和特性的四 杆机构，这些类型的四杆机构可以看作是由铰链
四杆机构通过各种方法演化而来的。
这些演化机构扩大了平面连杆机构的应用，丰 富了其内涵。
1、改变相对杆长、转动副演化为移动副
在曲柄摇杆机构中，若摇杆的杆长增大至无穷长，则
其与连杆相联的转动副转化成移动副。 ——曲柄滑块机构
曲柄滑块机构——偏心轮机构
当曲柄的实际尺寸很 短并传递较大的动力 时，可将曲柄做成几 何中心与回转中心距 离等于曲柄长度的圆 盘，常称此机构为偏 心轮机构。
双滑块机构
若继续改变图3—14b中对心曲柄滑块机构中杆 2长度，转动副C转化成移动副，又可演化成双 滑块机构（图3－15）。该种机构常应用在仪 表和解算装置中。
四杆机构公开课图文
应用领域
01
02
03
04
自动化生产线
四杆机构广泛应用于自动化生 产线中，如输送带、机械手等 ，实现物料的输送、搬运和加 工。
农业机械
在农业机械中，四杆机构常用 于拖拉机、收割机等设备的传 动系统中，实现动力传递和运 动控制。
医疗器械
在医疗器械中，四杆机构可用 于手术器械、康复设备等，实 现精确的定位和操作。
效率
优化四杆机构的设计，提高其工作效率和性能。
稳定性
保证四杆机构在使用过程中稳定可靠，不易发生 故障。
成本
在满足功能和性能要求的前提下，降低四杆机构 的设计成本。
优化设计
结构优化
运动学优化
动力学优化
对四杆机构的结构进行 优化，使其更加紧凑、
轻便。
根据实际需求，对四杆 机构的运动学特性进行 优化，提高其运动性能。
材料与热处理
根据工作负载和运动特性，选 择合适的材料和热处理方式， 以提高四杆机构的承载能力和
使用寿命。
04
四杆机构实例分析
实例一：缝纫机
总结词
缝纫机中的四杆机构主要用于实现往复直线运动，确保针头上下摆动。
详细描述
缝纫机中的四杆机构由机架、摆杆、曲柄和导杆组成。通过曲柄的旋转运动，带 动摆杆做往复摆动，再通过导杆使针头进行上下往复直线运动，完成缝纫操作。
在装配过程中，需要使用适当的装配工具和技术，如螺丝、螺母、垫圈 等，确保各部件之间的连接牢固可靠。同时，还需要注意调整各部件之 间的相对位置和运动关系，确保机构的运动精度和稳定性。
四杆机构制作与调试 材料选择与加工
测试是验证四杆机构性能的关键环节，需要对其运动学和动力学 性能进行全面检测。
第八章四杆机构 117页
实现预定轨迹的例题
鹤式起重机
搅拌机
连杆
1．平面四杆机构中，是否存在死点取决于
是否与
连杆共线。
A 、主动件 B、 从动件 C、 机架 D、 摇杆
2、在设计铰链四杆机构时，应使最小传动角 。 A、 尽可能小一些 B 、为0 C、 尽可能大一些 D、 为90
3.一对心曲柄滑块机构中，如果将曲柄改为机架，则将演 化为 机构。
4．下面简图所示的铰链四杆机构，图 是双曲柄机构。 A）a； B）b； C）c； D）d。
(a)
(b)
(c)
(d)
二、平面连杆机构设计
图解法 解析法 实验法
（一）图解法
简单、直观、 易理解知识点、误差大。
1.给定连杆的位置要求设计四杆机构
（1）给定连杆的两个位置设计四杆机构
已知连杆长度，连杆的2个（或3，4。。 个）工作位置B1C1与B2C2。设计此四杆机构。
一 、四杆机构设计的基本问题
1）实现给定位置的设计（导引机构设计） 2）实现预定运动规律的设计（函数机构设计） 3）实现预定轨迹的设计（轨迹机构设计）
1.实现给定位置的设计
例如：满足预定的连杆位置要求
要求所设计的机构 能引导连杆顺序通 过一系列给定的位 置。即要求连杆能 依次占据一系列给 定的位置。
（3）极为夹角=0，则K=1，无急回 运动；
（4）角越大，则K值越大，说明急回 运动的性质也越显著。
曲柄滑块机构中，原动件AB以 1 等速转动
B
a1
2
C2
b
C3 C1
1
A B1 H
4
B2
偏置曲柄滑块机构
H (a b )2 e2(b a )2 e2
最新平面四杆机构的类型和应用PPT课件
③构件呈“杆”状、传递路线长。
④改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
2.平面四杆机构的演化型式 (1) 改变构件的形状和运动尺寸
曲柄摇杆机构 对心曲柄滑块机构
曲柄滑块机构
偏心曲柄滑块机构
s
φ
s=l sin φ
双滑块机构
正弦机构
(2)改变运动副的尺寸
(3)选不同的构件为机架
偏心轮机构
A
3.2按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 已知固定铰链A、D和连架杆位置，确定活动铰链B、C的位置。
机构的转化原理
C
B
A
D
3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构
已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。
1.任意选定构件AB的长度 2.连接B2 E2、DB2的得△B2 E2D ， 3. 绕D 将△B2 E2D旋转φ1 -φ2得B’2点；
设预选参数α0、φ0＝0，
带入方程得：
θ12
B1
θ13
θ11
A
θ32 θ33
θ31
D
cos45°= P0cos50°+P1cos(50°-45°)+P2 cos90°= P0cos80°+P1cos(80°-90°)+ P2 cos135°= P0cos110°+P1cos(110°-135°)+ P2
同时要满足其他辅助条件：
a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;
γ
b)动力条件（如γmin）;
c)运动连续性条件等。
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如起落架、牛头刨。
2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
④改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
2.平面四杆机构的演化型式 (1) 改变构件的形状和运动尺寸
曲柄摇杆机构 对心曲柄滑块机构
曲柄滑块机构
偏心曲柄滑块机构
s
φ
s=l sin φ
双滑块机构
正弦机构
(2)改变运动副的尺寸
(3)选不同的构件为机架
偏心轮机构
A
3.2按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 已知固定铰链A、D和连架杆位置，确定活动铰链B、C的位置。
机构的转化原理
C
B
A
D
3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构
已知:机架长度d和两连架杆三组对应位置。
1.任意选定构件AB的长度 2.连接B2 E2、DB2的得△B2 E2D ， 3. 绕D 将△B2 E2D旋转φ1 -φ2得B’2点；
设预选参数α0、φ0＝0，
带入方程得：
θ12
B1
θ13
θ11
A
θ32 θ33
θ31
D
cos45°= P0cos50°+P1cos(50°-45°)+P2 cos90°= P0cos80°+P1cos(80°-90°)+ P2 cos135°= P0cos110°+P1cos(110°-135°)+ P2
同时要满足其他辅助条件：
a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;
γ
b)动力条件（如γmin）;
c)运动连续性条件等。
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如起落架、牛头刨。
2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
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第四章 平面连杆机构
（一）教学要求
了解平面连杆机构的组成及其优缺点；熟悉平面连杆机构的工作特性；掌 握平面连杆机构的基本形式、平面连杆机构的运动设计。
（二）教学的重点与难点
平面连杆机构的工作特性 ，平面连杆机构的运动设计。
（三）教学内容
§4-1 平面四杆机构的基本类型及其演化 §4-2 平面四杆机构的工作特性 §4-3 平面连杆机构的组成及其优缺点 §4-4 用作图法设计平面四杆机构 §4-5 构件的结构设计
的作用线所 夹的锐角。
传动角： =90°－ 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。
死点： = 90°
四、死点
如图所示的曲柄摇杆机构中，如果以摇杆CD为主动件，曲柄AB为从 动件，当摇杆位于两极限位置时，连杆与曲柄共线重合，此时，机构的转 动角γ=0°,压力角α=90°,使曲柄不能转动,整个机构处于静止状态，这种 位置称为机构的死点位置。
• 当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和)时 最短杆是连架杆之一 ——曲柄摇杆机构
最短杆是机架
——双曲柄机构
最短杆是连杆
——双摇杆机构
二、急回特征
当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征。 • 极位夹角： • 摇杆摆角：ψ
急回特性分析：
• =C
• φ1 = t1 =1800 + • φ2 = t2 =1800 - • t1 > t2 , v2 > v1 (铰链C的平均速度)
在双曲柄机构中，两曲柄可分别作主动件，一般情况下当主动曲柄等速转动时， 从动曲柄作变速转动。图1所示惯性筛中的铰链四杆机构ABCD便是双曲柄机构，在 此机构中，当主动曲柄1等速回转一周时，从动曲柄3变速回转一周，可是筛子6获 得所需的加速度，筛中的物料靠惯性而达到筛分的目的。
四边形机构,其特点是两曲柄角 速度相等,转向相同,连杆始终作 平动。由于平行双曲柄机构具有 等传动比的特点,故应用较广。
(3)双摇杆机构
两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称双摇杆机构。
在双摇杆机构中，两摇杆可分别作主动件。由于两摇 杆只在一定角度范围内往复摆动，所以双摇杆机构工作时 所需空间尺寸较小。
• 结构特点：二连架杆均为摇杆 • 运动变换：摆动摆动
连架杆 B 1
A
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
二、铰链四杆机构的演化
连架杆 B 1
A
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
(1) 曲柄摇杆机构
两个连杆架中一个是曲柄而另一个是摇杆的铰链四杆机构 称曲柄摇杆机构。
• 结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆 • 运动变换：转动摇动 • 举例：缝纫机驱动机构、雷达天线机构
2
1பைடு நூலகம்
3
4
(2) 双曲柄机构
两个连杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。
连架杆 B
组成： 机架、连杆、连架杆
摇杆(摆杆) (摆转副)
1
A
曲柄 (周转副)
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
机架：固定不动的构件——AD 连架杆：直接与机架相连的构件——AB、CD 连杆：不与机架相连的构件—BC 曲柄：能作整周转动的连架杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆
2、 铰链四杆机构划分
按连架杆不同运动形式 分： (1) 曲柄摇杆机构 (2) 双曲柄机构 (3) 双摇杆机构
铰链四杆机构的演化是指在不改变构件间相对运动的条件下，通过改 变某些构件的形状、长度、扩大转动副的半径或选取不同的构件为机架等 方法，以得到四杆机构的其它一些演化机构。
1、曲柄滑块机构 2、导杆机构 3、摇块机构 4、定块机构 5、偏心轮机构
§4-2 平面四杆机构的工作特性
一、四杆机构曲柄存在的条件 二、急回特征 三、传动角与压力角 四、死点
(一) 铰链四杆机构的基本形式及其应用
图为一铰链四杆机构，构件4为机架相对的构件2为连杆，与机架相联的构 件1和构件3称为连架杆，其中能绕其轴线作整轴回转的连架杆1称为曲柄， 只能绕轴线往复摆动的连架杆3称为摇杆。因此根据两连杆运动形式的不 同，铰链四杆机构可分为以下三种基本形式。
1、基本型式: 结构特点：四个运动副均为转动副
在此机构中，当主动曲柄1等速回 转一周时，从动曲柄3变速回转一 周，可是筛子6获得所需的加速度， 筛中的物料靠惯性而达到筛分的 目的。
• 结构特点：二连架杆均为曲柄 • 运动变换：转动 转动，通常
二转速不相等
平行双曲柄机构在曲柄转动一周的过程中，有两次两曲柄及连杆均 与机架重叠在一起的位置，如图所示，AB、BC、CD与AD共线。 此时，主动曲柄继续沿原方向转动，而从动曲柄的转向将有与主动 曲柄同向或反向两种可能。当从动曲柄的转向与主动曲柄的转向相 反时就构成了反向双曲柄机构，因此为防止平行双曲柄机构在运动 过程中变成反向双曲柄机构可采取以下措施：①在从动曲柄上装一 飞轮靠惯性保证其转向不变；②在机构中增装一辅助曲柄以构成虚 约束使从动曲柄不能反向转动。
一、四杆机构曲柄存在的条件
铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否存在曲柄或有几个曲柄； 而有无曲柄及曲柄的个数又与各构件的相对长度和机架的选取有关。
曲柄存在条件： 1. 最短杆与最长杆长度之和小于 或等于其余两杆长度之和 2. 最短杆是连架杆或机架 最短杆参与构成的转动副都是周 转副 其余均为摆转副
行程速比系数K
K
v2 v1
C1C2 / t2 C1C2 / t1
t1 t2
1 2
1800 1800
• K=1, 无急回特性
• ↑K↑急回特征越显著
180 K 1
K 1
(4 8)
三、传动角γ和压力角α
如图所示的曲柄摇杆机构中，当以曲柄为主动件，通过连杆带动摇 杆往复摆动时，在不计机构运动副摩擦和构件惯性力的情况下，从动件 摇杆所受作用力F的方向与该点速度方向之间所夹锐角α称为压力角。 压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力
§4-1平面四杆机构的基本类型及其演化
一、平面四杆机构的基本形式
二、铰链四杆机构的演化
平面连杆机构：全部由低副组成的平面机构。
四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。各 构件之间均由转动副相连接的平面四杆机构称铰连四杆机构，它是平面 四杆机构最基本的形式，其它形式的四杆机构可看成在它的基础上演化 而成的，而不少多杆机构又是由四杆机构串联组成的。
（一）教学要求
了解平面连杆机构的组成及其优缺点；熟悉平面连杆机构的工作特性；掌 握平面连杆机构的基本形式、平面连杆机构的运动设计。
（二）教学的重点与难点
平面连杆机构的工作特性 ，平面连杆机构的运动设计。
（三）教学内容
§4-1 平面四杆机构的基本类型及其演化 §4-2 平面四杆机构的工作特性 §4-3 平面连杆机构的组成及其优缺点 §4-4 用作图法设计平面四杆机构 §4-5 构件的结构设计
的作用线所 夹的锐角。
传动角： =90°－ 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。
死点： = 90°
四、死点
如图所示的曲柄摇杆机构中，如果以摇杆CD为主动件，曲柄AB为从 动件，当摇杆位于两极限位置时，连杆与曲柄共线重合，此时，机构的转 动角γ=0°,压力角α=90°,使曲柄不能转动,整个机构处于静止状态，这种 位置称为机构的死点位置。
• 当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和)时 最短杆是连架杆之一 ——曲柄摇杆机构
最短杆是机架
——双曲柄机构
最短杆是连杆
——双摇杆机构
二、急回特征
当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征。 • 极位夹角： • 摇杆摆角：ψ
急回特性分析：
• =C
• φ1 = t1 =1800 + • φ2 = t2 =1800 - • t1 > t2 , v2 > v1 (铰链C的平均速度)
在双曲柄机构中，两曲柄可分别作主动件，一般情况下当主动曲柄等速转动时， 从动曲柄作变速转动。图1所示惯性筛中的铰链四杆机构ABCD便是双曲柄机构，在 此机构中，当主动曲柄1等速回转一周时，从动曲柄3变速回转一周，可是筛子6获 得所需的加速度，筛中的物料靠惯性而达到筛分的目的。
四边形机构,其特点是两曲柄角 速度相等,转向相同,连杆始终作 平动。由于平行双曲柄机构具有 等传动比的特点,故应用较广。
(3)双摇杆机构
两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构称双摇杆机构。
在双摇杆机构中，两摇杆可分别作主动件。由于两摇 杆只在一定角度范围内往复摆动，所以双摇杆机构工作时 所需空间尺寸较小。
• 结构特点：二连架杆均为摇杆 • 运动变换：摆动摆动
连架杆 B 1
A
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
二、铰链四杆机构的演化
连架杆 B 1
A
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
(1) 曲柄摇杆机构
两个连杆架中一个是曲柄而另一个是摇杆的铰链四杆机构 称曲柄摇杆机构。
• 结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆 • 运动变换：转动摇动 • 举例：缝纫机驱动机构、雷达天线机构
2
1பைடு நூலகம்
3
4
(2) 双曲柄机构
两个连杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。
连架杆 B
组成： 机架、连杆、连架杆
摇杆(摆杆) (摆转副)
1
A
曲柄 (周转副)
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
机架：固定不动的构件——AD 连架杆：直接与机架相连的构件——AB、CD 连杆：不与机架相连的构件—BC 曲柄：能作整周转动的连架杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆
2、 铰链四杆机构划分
按连架杆不同运动形式 分： (1) 曲柄摇杆机构 (2) 双曲柄机构 (3) 双摇杆机构
铰链四杆机构的演化是指在不改变构件间相对运动的条件下，通过改 变某些构件的形状、长度、扩大转动副的半径或选取不同的构件为机架等 方法，以得到四杆机构的其它一些演化机构。
1、曲柄滑块机构 2、导杆机构 3、摇块机构 4、定块机构 5、偏心轮机构
§4-2 平面四杆机构的工作特性
一、四杆机构曲柄存在的条件 二、急回特征 三、传动角与压力角 四、死点
(一) 铰链四杆机构的基本形式及其应用
图为一铰链四杆机构，构件4为机架相对的构件2为连杆，与机架相联的构 件1和构件3称为连架杆，其中能绕其轴线作整轴回转的连架杆1称为曲柄， 只能绕轴线往复摆动的连架杆3称为摇杆。因此根据两连杆运动形式的不 同，铰链四杆机构可分为以下三种基本形式。
1、基本型式: 结构特点：四个运动副均为转动副
在此机构中，当主动曲柄1等速回 转一周时，从动曲柄3变速回转一 周，可是筛子6获得所需的加速度， 筛中的物料靠惯性而达到筛分的 目的。
• 结构特点：二连架杆均为曲柄 • 运动变换：转动 转动，通常
二转速不相等
平行双曲柄机构在曲柄转动一周的过程中，有两次两曲柄及连杆均 与机架重叠在一起的位置，如图所示，AB、BC、CD与AD共线。 此时，主动曲柄继续沿原方向转动，而从动曲柄的转向将有与主动 曲柄同向或反向两种可能。当从动曲柄的转向与主动曲柄的转向相 反时就构成了反向双曲柄机构，因此为防止平行双曲柄机构在运动 过程中变成反向双曲柄机构可采取以下措施：①在从动曲柄上装一 飞轮靠惯性保证其转向不变；②在机构中增装一辅助曲柄以构成虚 约束使从动曲柄不能反向转动。
一、四杆机构曲柄存在的条件
铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否存在曲柄或有几个曲柄； 而有无曲柄及曲柄的个数又与各构件的相对长度和机架的选取有关。
曲柄存在条件： 1. 最短杆与最长杆长度之和小于 或等于其余两杆长度之和 2. 最短杆是连架杆或机架 最短杆参与构成的转动副都是周 转副 其余均为摆转副
行程速比系数K
K
v2 v1
C1C2 / t2 C1C2 / t1
t1 t2
1 2
1800 1800
• K=1, 无急回特性
• ↑K↑急回特征越显著
180 K 1
K 1
(4 8)
三、传动角γ和压力角α
如图所示的曲柄摇杆机构中，当以曲柄为主动件，通过连杆带动摇 杆往复摆动时，在不计机构运动副摩擦和构件惯性力的情况下，从动件 摇杆所受作用力F的方向与该点速度方向之间所夹锐角α称为压力角。 压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力
§4-1平面四杆机构的基本类型及其演化
一、平面四杆机构的基本形式
二、铰链四杆机构的演化
平面连杆机构：全部由低副组成的平面机构。
四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。各 构件之间均由转动副相连接的平面四杆机构称铰连四杆机构，它是平面 四杆机构最基本的形式，其它形式的四杆机构可看成在它的基础上演化 而成的，而不少多杆机构又是由四杆机构串联组成的。